Реверсивный счётчик с последовательным переносом
Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания. Если за период времени T поступит К импульсов при работе счетчика в режиме суммирования и N импульсов при работе счетчика в режиме вычитания, то состояние счетчика будет равно K-N (при условии, что число импульсов K и N может однозначно подсчитываться счетчиком). Число K-N может быть как положительным, так и отрицательным.
В режиме вычитания входные импульсы подаются на вход «-1», при этом на вход «+1» подаётся лог. 0. В режиме сложения входные импульсы подаются на вход «+1», а на вход «-1» следует подать лог. 0.
Описанные выше счетчики однонаправленные и считают на увеличение, однако на практике часто необходимо менять направление счета в процессе работы. Счетчики, которые в процессе работы могут менять направление счета называются реверсивными.
Рис. 3 - Реверсивный счетчик
Для счетных импульсов предусмотрены два входа: "+1" - на увеличение, "-1" - на уменьшение. Соотстветствующий вход (+1 или -1) подключается ко входу С. Это можно сделать схемой ИЛИ, если влепить ее перед первым триггером (выход элемента ко входу первого триггера, входы - к шинам +1 и -1). Непонятная фигня между триггерами (DD2 и DD4) называется элементом И-ИЛИ. Этот элемент составлен из двух элементов И и одного элемента ИЛИ, объединенных в одном корпусе. Сначала входные сигналы на этом элементе логически перемножаются, потом результат логически складывается.
Число входов элемента И-ИЛИ соответствует номеру разряда, т. е. если третий разряд, то три входа, четвертый - четыре и т. д. Логическая схема является двухпозиционным переключателем, управляемым прямым или инверсным выходом предыдущего триггера. При лог. 1 на прямом выходе счетчик отсчитывает импульсы с шины "+1" (если они, конечно, поступает), при лог. 1 на инверсном выходе - с шины "-1". Элементы И (DD6.1 и DD6.2) формируют сигналы переноса. На выходе >7 сигнал формируется при коде 111 (число 7) и наличии тактового импульса на шине +1, на выходе <0 сигнал формируется при коде 000 и наличии тактового импульса на шине -1.
Все это, конечно, интересно, но красивей смотрится в микросхемном исполнении:
Рис. 4 Четырехразрядный двоичный счетчик
28)
Прямоугольные импульсы
При работе со схемами усилителей звуковой частоты чаще других используют синусоидальные сигналы. Причина, по которой это происходит, связана с математикой. Функция синуса относится к элементарным, хорошо изученным и не разлагающимся на более простые. Например, имея дело с сигналом прямоугольной формы, мы можем его представить, используя разложение Фурье, в виде совокупности (пусть даже бесконечного числа) элементарных тригонометрических функций. Такое представление любых сигналов, когда мы работаем с усилителями, позволяет рассматривать нелинейные искажения, если разложить сигнал на выходе усилителя на составляющие, набор которых может даже помочь в выявлении причин искажения сигнала. Такой метод называют еще гармоническим Фурье анализом. Название «гармонический анализ» указывает на то, что при разложении исходной функции использовались функции синуса и косинуса. Само преобразование не требует этого, мало того, могут быть использованы любые функции, удовлетворяющие определенным условиям. Но в работе с электрическими цепями гармонический анализ стал общепринятым методом анализа нелинейных искажений. Ниже в этой главе я постараюсь представить некоторые практические эксперименты, которые помогли бы математический аспект преобразований Фурье перенести в плоскость работы с электрическими схемами, и именно в практическую плоскость.
Первый эксперимент касается оценки частотных, заметьте не нелинейных, а частотных, искажений, возникающих в усилителе с помощью генератора прямоугольных импульсов.
Посмотрим, как реагируют на прохождение прямоугольных импульсов разные электрические RC цепи (это же относится и к LC, и к LR, и к LCR цепям).
Для этого в программе Qucs мы будем пользоваться источником прямоугольных импульсов и такими компонентами, как резисторы, конденсаторы и индуктивности. Если в вашем арсенале приборов есть осциллограф, генератор прямоугольных импульсов или функциональный генератор, то было бы очень полезно повторить эти простые опыты на макетной плате.
На рисунке представлена обычная интегрирующая RC цепочка из резистора R1 и конденсатора C1. Сопротивление R2 — это сопротивление нагрузки, скажем, входное сопротивление осциллографа. Когда мы говорили о частотных свойствах усилителей, рассматривалиамплитудно-частотныехарактеристики каскадов усилителя, то каждый из них можно было рассматривать как идеальный, нечастотно-зависимыйусилитель, к которому добавляется подобная эквивалентная RC цепь.
Для решения различных измерительных задач, для исследования импульсных характеристик микросхем и электронных приборов, для испытаний логических схем и устройств требуются источники электрических сигналов со строго определенными параметрами. Наиболее широко применяются импульсные генераторы, которые выдают видеоимпульсы прямоугольной формы в широком временном, частотном и амплитудном диапазонах: от долей наносекунд до единиц секунд, от долей герц до сотен мегагерц, от долей милливольт до десятков вольт.
Элементы формы реального прямоугольного импульса определены стандартом (рис. 2.5).
Рис.2.5 – Параметры прямоугольного импульсного сигнала.
Основными параметрами прямоугольного импульса являются: амплитуда U, длительность импульса tU, длительность фронта tф и среза tср. Реальная форма импульса отличается от идеальной. Степень искажения формы реального импульса оценивается неравномерностью вершины, длительностью фронта и среза, величиной выбросов на вершине и в паузах..
Искажения формы сигнала связаны с ограничением полосы пропускания канала У. Ограничение со стороны низких частот влекут за собой осцилляции и спад на вершине. Ограничение со стороны высоких частот вызывает увеличение tф и tср, и появление выбросов на плоской части импульса.
При исследовании импульсных сигналов большое значение приобретает переходная характеристика осциллографа, которая представляет собой изображение единичного скачка напряжения (рис. 2.6).
Рис. 2.6 – Переходная характеристика осциллографа.
Параметром является время нарастания tн – интервал времени, в течение которого луч проходит путь от уровня 0,1 до уровня 0,9 от установившегося значения. Если плоская часть переходной характеристики имеет выброс d или осцилляции, то используется дополнительный параметр tу – время установления, отсчитываемое от момента уровня сигнала 0,1 до момента уменьшения осцилляций до заданного уровня.
При измерении параметров прямоугольных импульсов длительность фронта включает в себя время нарастания переходной характеристики. Когда они соизмеримы, время нарастания необходимо исключить.
При длительности фронта, во много раз превышающей время нарастания переходной характеристики, на изображении импульса никаких выбросов не наблюдается.
Генера́тор (лат. generator «производитель») — устройство, производящее какие-либо продукты, вырабатывающее электроэнергию или преобразующее один вид энергии в другой.
29)
Основными динамическими параметрами, представленными на осциллограмме рис. 12.13, являются:
время задержки включения ИС t1,0зд
время задержки выключения ИС t0,1зд
время задержки распространения сигнала при включении ИС t0,1зд р
время задержки распространения сигнала при выключении ИС 
t1,0зд р
Измерение передаточной характеристики. Передаточную характеристику элемента И можно получить, как показано на рис. 12.14. Напряжение от генератора линейно изменяющегося напряжения 61 подается на ИС и на Х-пластины ЭЛТ. На вертикально отклоняющие пластины подается напряжение с выхода устройства. По получающейся на экране характеристике можно определить:
выходные напряжения логического нуля U°вых и логической единицы U1вых, рабочие точки типовых режимов U1 и U2; пороговые напряжения; ширину активной области; запас статической помехоустойчивости; необходимые напряжения сигналов, переводящие схему из состояния нуля в единицу и наоборот.
Измерение выходной характеристики интегральной микросхемы.
Входное напряжение (рис. 12.15) изменяется от значения логического нуля до значения логической единицы, при этом определяют I0вх и I1вх
Коэффициент разветвления по выходу, определяющий возможность использования данной ИС в комплексе с другими, т. е. их нагрузочную, способность, может быть определен по данным Iвх и Iвых:
I = I0вых/I0вх, К = I’вых/I1вх
Из значений К0 и К1 выбирается минимальное.
Измерение динамических параметров цифровых интегральных микросхем.
Временные параметры ИС определяют по осциллограммам выходного напряжения при подаче на вход «идеального» прямоугольного напряжения. Прямоугольные импульсы подают на один вход, остальные входы элемента И, например, соединяют с уровнем U1вх,те. обеспечивают возможность переключения ИС по одному входу прямоугольным импульсом.
Причины ложных срабатываний логических элементов
Рассмотрим логическую конструкцию Y = 
.
При построении этой функции на элементах И-НЕ ее необходимо преобразовать, представив в виде инверсии конъюнкций.
Y = 
Схема, реализующая эту функцию, показана рис. 1.31.
Рис. 1.31 Схема прохождения сигнала двумя путями
Диаграмма переключений приведена на рис. 1.32.
Рис. 1. 32 Диаграмма переключения схемы (рис. 1.31)
Пусть входной сигнал 
перешел от «0» к «1». В момент 
сигнал достигнет 
порогового уровня и начнется переключение элемента DD1. Сигнал на его выходе 
станет 
в момент 
, отстоящий от на 
. Поэтому в течение времени 
на входы DD2 поступают сигналы, превышающие , то есть соответствующие логическим единицам. Следовательно, DD2 одновременно с DD1 начнет переключаться с 1 на 0. В момент 
создадутся условия для обратного переключения элемента DD2. Через время 
на выходе 
уровень напряжения достигнет , следовательно на выходе устройства восстановится логическая «1».
Из диаграммы видно, что за время единичный уровень на выходе изменился на нулевой, то есть правильность выполнения логической операции нарушилась, так как на выходе Y = всегда должна быть логическая «1». Это явление получило название «состязаний» или «гонок».
В триггерах также возможны «состязания» между внешними сигналами и сигналами обратной связи. Устранения ошибок от ложных срабатываний в логических цепях можно добиться путем временного разделения сигналов, исключающих подобные явления. Вырабатываемое логическим устройством напряжение в этом случае передается на последующие устройства не непрерывно и не в произвольные моменты времени, а только в такие моменты, когда искажение правильных значений выходного сигнала за счет «состязаний» заведомо исключено.
Конъюнкция
Логическая операция «И» - это функция по выбору наименьшего из двух или n входных операндов. На входе эта функция может иметь два (бинарная функция), три значения (тернарная) или же неограниченное количество операндов (n-арная операция). При вычислении результата функции им станет наименьшее из предоставленных входных значений. Аналогом в обычной алгебре является функция умножения. Поэтому операция конъюнкции часто называется логическим умножением. При записи функции знаком выступает либо знак умножения (точка) либо амперсант. Если составить таблицу истинности для этой функции, то станет видно, что функция принимает значение «истина», или 1, только при истинности всех входных операндов. Если же хотя бы один из входных параметров будет равен нулю, или значению «ложь», то результатом функции также будет «ложь»
Это отражает аналогию с арифметическим умножением: умножение любого числа и набора чисел на 0 в результате вернёт всегда 0. Эта логическая операция коммутативна: порядок, в котором она получает входные параметры, никак не повлияет на конечный результат вычисления. Другим свойством этой функции является ассоциативность, или сочетательность. Это свойство позволяет при вычислении последовательности бинарных операций не учитывать порядок вычисления. Поэтому для 3 и более последовательных операций логического умножения нет необходимости учитывать скобки. В программировании эта функция используется зачастую для того, чтобы убедиться в том, что специфические команды выполнятся только при выполнении совокупности определённых условий. Дизъюнкция
Логическая операция «ИЛИ» - вид булевой функции, который является аналогом алгебраического сложения. Другие названия этой функции – логическое сложение, дизъюнкция. Точно так же, как и операция логического умножения, дизъюнкция может быть бинарной (вычислять значение на основе двух аргументов), тернарной или n-арной. 
Таблица истинности для данной логической операции является своего рода альтернативой конъюнкции. Логическая операция «ИЛИ» вычисляет максимальный результат среди предоставленных аргументов. Дизъюнкция принимает на выходе значение «ложь», или 0, только если все входные параметры поступают со значениями 0 («ложь»). В любом другом случае на выходе будет получено значение «истина», или 1. Для записи этой функции чаще всего используется математический знак сложения («плюс») или две вертикальные полосы. Второй вариант распространён в большинстве языков программирования и предпочтительнее, потому что позволяет чётко отделить логическую операцию от арифметической.